عایق کاری حرارتی
واژه عایق های حرارتی به موادی اطلاق می شود که مانع هدر رفتن و اتلاف انرژی حرارتی شود . جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی موجب صرفه جویی در انرژی و پول می گردد و از طرفی زمینه های ایمنی و آسایش را فراهم می سازد . عایق کاری سطوح داغ یکی از ساده ترین و مقرون به صرفه ترین روش های افزایش بازدهی انرژی است . درجه حرارت سطح لوله ها می تواند بسیار متغییر باشد ، ولی به طور تقریب مدت زمان برگشت سرمایه عایق کاری حرارتی لوله ها ، کمتر از یک سال است .
از طریق ارتقاء کارایی انرژی امکان کاهش اندازه و ظرفیت تجهیزات حرارتی ، برودتی و تهویه مطبوع میسر بوده و بدین ترتیب حجم سرمایه گذاری برای خرید آن ها نیز کاهش می یابد . از دیگر مزایای عایق کاری می توان به کنترل مطلوب تر دمای فرآیند ها اشاره نمود .
مواد عایق حرارتی عمدتا در سه محدوده دمایی ذیل قرار می گیرند :
الف-عایق دماهای سرمازا که عمدتا کمتر از منهای 73 درجه سانتی گراد می باشد .
ب-عایق حرارتی که در برگیرنده محدود دمای منهای 73تا 982 درجه سانتی گراد می باشد .
ج-عایق حرارتی نسوز که برای دماهای بیش از 982 درجه سانتی گراد بکار می رود .
- در ساختار بدنه کوره های سیمان ، فولاد و زباله نسوز از عایق های دیرگدازو نسوز استفاده می گردد . معمولا مواد عایق های نسوز باید در برابر سایش مقاوم باشند تا بتوانند عملکرد خوبی در دماهای بالا از خود نشان دهند . انتخاب نوع عایق حرارتی به قیمت ، دمای مورد نظر، بستگی دارد . ضخامت عایق حرارتی باید دقیقا براساس ضخامت بهینه اقتصادی مورد محاسبه و ارزیابی قرار گیرد تا هزینه های خرید و نصب عایق در برابر صرفه اقتصادی سود حاصل از صرفه جویی انرژی در حد مطلوب تعیین گردد .
اصول بنیادی
متداول ترین واژه ها و تعاریف در رابطه با عایق های حرارتی ذیلا ارائه می گردد :
- هدایت : فرآیندی است که طی آن حرارت از حسم داغ به جسم سردتر یا سیالی که در تماس ثابت با آن است ، انتقال می یابد .
- همرفت یا جا به جایی : فرآیندی است که طی آن حرارت از جسم داغ به گاز و یا مایعی که در حرکت تماسی با جسم می باشد ، انتقال می یابد .
- تابش : انتشار حرارت از جسم داغ ، بدون آنکه در تماس با سیال یا جسم جامد باشد .
- هدایت حرارتی : میزان عبور انرژی حرارتی در مواد همگن و به ازای یک واحد ضخامت می باشد که با علامت ( k ) نشان داده می شود . موادی که دارای هدایت حرارتی کمی هستند ، می توانند عایق های خوبی محسوب شوند .
- گرما رسانایی : میزان عبور انرژی حرارتی در مواد همگن در نظر گرفتن واحد ضخامت (مجموعه ای از مواد ) می باشد که آنرا با علامت (c) نشان می دهند .
- مقاومت حرارتی : نشان دهنده میزان نسبی عایق بودن یا مقاومت در برابر جریان حرارتی مواد است . هر چقدر که میزان مقاومت حرارتی (R) بیشتر باشد ، نوع عایق بهتر است .
- انتشار حرارتی : میزان انتشار انرژی حرارتی توسط ماده یا مجموعه ای از مواد شامل لایه هوای مرزی می باشد که آن را با علامت (U) نشان می دهند .
انتخاب مواد عایق
- خصوصیات مهمی که باید در انتخاب مواد عایق مد نظر قرار می گیرد :
- مقاومت حرارتی : هر چقدر که میزان مقاومت حرارتی بیشتر باشد ، نوع عایق بهتر خواهد بود .
- قابلیت احتراق : هنگام در نظر گرفتن خطرات ناشی از آتش سوزی ، در نظر گرفتن این پارامتر حائز اهمیت می باشد .
- سمیت : برخی از مواد عایقی احتراق پذیرند و بدین ترتیب موجب رها سازی مواد سمی (بخار سمی ) میگردند . بنابراین می بایست از استفاده از این نوع مواد در محیط های سربسته اجتناب نمود .
- چروک خوردگی : تحت درجه حرارت های زیاد امکان انقباض عایق و ایجاد چروک خوردگی در آن وجود خواهد داشت . در اثر ایجاد چروک بخشی از سطح عایق کاری شده ، فاقد پوشش عایق خواهد شد .
- چگالی : بسیاری از خواص مواد عایق و خصوصا ویژگی های حرارتی تحت تاثیر
چگالی قرار می گیرند . بنابراین انتخاب چگالی مناسب برای مواد عایق کاری حایز اهمیت است . و می بایست در راستای نوع کاربردی این مواد در نظر گرفته شود .
نصب صحیح مواد عایق کاری می تواند طول عمر این مواد را تا حد طول عمر دستگاه ها یا لوله هایی که برروی آن ها لایه های عایق کاری تعبیه شده اند ، تضمین نماید .
عایق های مکانیکی می بایست همواره براساس توصیه های تولید کنندگان آن نصب و مورد بهره برداری قرار گیرند .
- در گذشته از آزبست به صورت گسترده در عایق کاری استفاده می شد . هرچند به لحاظ سرطان زا بودن الیاف آزبست ، دیگر از این مواد در عایق کاری استفاده نمی شود . آزبست در انواع مختلف تولید می شود که امروزه از نوع کریزیتول به لحاظ کم خطر بودن استفاده می شود . امروزه از کریزیتول در تهیه مصالح ساختمانی ، آستر ترمز ماشین و دیگر موارد مشابه استفاده می شود ، اما دیگر به عنوان عایق حرارتی مورد بهره برداری قرار نمی گیرد . در گذشته از آزبست به عنوان عایق حرارتی استفاده زیاد به عمل نمی آمد چراکه هدایت حرارتی آن بسیار پایین است و تنها عاملی که باعث می شد از آزبست استفاده شود ،خاصیت عدم اشتغال پذیری آن بوده است .
رعایت اصول عایق کاری
زمانی که یک شخص یا صاحب کار در نظر دارد سیستم های مکانیکی و یا تجهیزات خودرا عایق کاری نماید ، لازم است که به انتخاب روش مناسب و رعایت اصول عایق کاری توجه داشته باشد ، این موضوع با توجه به 3 مورد زیر امکان پذیر می باشد :
- مواد عایق
- پوشش و روکش محافظ نهایی
- تجهیزات ایمنی ،استحکام و سختی لازم ، درجه تحمل ، کیفیت درزبندی و نفوذ پذیری عایق و روکش محافظ . سازگاری هر یک از اجزاء فوق باید به منظور انجام یک سیستم عایق کاری صحیح و مناسب مورد توجه قرار گیرند .
عایق های حرارتی به طور کلی به سه دسته دمایی تقسیم می شوند :
عایق های حرارتی دما پایین
عایق هایی که دراین گروه قرار میگیرند خود به سه دسته زیر تقسیم می شوند:
- 16تا صفر درجه سانتی گراد (معادل 60تا 32 درجه فارنهایت)- آب سرد
- تا 39- درجه سانتی گراد (معادل 31تا 39- درجه فارنهایت ) ، انواع مبرد
- 40-تا 73- درجه سانتی گراد (معادل 40-تا 100- درجه فارنهایت ) ، انواع مبرد
- مهمترین مشکل درباره عایق های حرارتی دما پایین نفوذ رطوبت و قیمت آن است . به هر حال این نوع عایق ها باید مانع ورود رطوبت به داخل خود شوند و حتی اگر آب به آن نفوذ نماید باید قادر به دفع آن باشد . عایق های ضد بخار آب به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند اما باید اذعان نمود که عایق صد در صد ضد بخار آب وجود ندارد . فشار جریان بخار از سطح گرم بیرونی تا حدی است که حتی با وجود عایق های ضد آب ، بخار آب از طریق شکاف و درز وارد عایق شده و در اثر برودت یخ می زند و نهایتا منجر به وارد آوردن صدمات جدی می گردد . تراوایی بخار بند ها باید بسیار پایین باشد و هر چقدر که میزان سرمایش کمترین تراوایی را داشته باشند .
با توجه به اینکه هزینه های تولید سرما به مراتب بیشتر از هزینه های تولید گرما است بنابراین منطقی است که حتی تحت ΔTیکسان ، سرمایه گذاری بیشتری برای عایق کاری سیستم های سرمایشی به عمل آید . برای آنکه دمای سطوح گرم بالاتر از نقطه شبنم حفظ گردد ،استفاده از عایق های بیشتر برای افزایش ضخامت فراتر از ضخامت اقتصادی در بعضی موارد صورت می پذیرد .
- عایق های حرارتی دما متوسط
محدودهی دمایی برای بکارگی این نوع عایق ها بین 16 تا 315 درجه سانتی گراد (61 تا 600 درجه فارنهایت ) می باشد . چنین محدوده دمایی معمولا در اکثر فرآیند های صنعتی ، آب گرم و سیستم های بخار ساختمان های تجاری وجود دارد . مهمترین عامل در انتخاب عایق برای دماهای فوق الذکر عمدتا میزان هدایت حرارتی است ، ولی عوامل دیگری چون خواص فیزیکی و شیمیایی ، دستیابی به اشکال مورد نظر، طول عمر نصب و نهایتا هزینه از اهمیت ویژه ای برخوردارند .
- عایق های حرارتی دما بالا
محدوده ی دمایی برای به کارگیری این نوع عایق ها بین 315تا 870 درجه سانتی گراد (600تا 1600درجه فارنهایت ) است . برای عایق های حرارتی نسوز ، مواد و کاربرد های محدودتری وجود دارد . محدوده ی کاربرد این نوع عایق ها در صنایع تولید برق ، نیروگاه و پالایشگاه ، بویلر های صنعتی و تجاری ، دودکش ها ، کوره ها ، زباله سوز ها و چندین فرآیند صنعتی دیگر می باشد .
برای تولید عایق های حرارتی دمای بالا ، باید ترکیبی از چند ماده را مورد استفاده قرار داد و از پیوند دهنده های ویژه برای انسجام این مواد بهره گرفت .